王維斌1，吳凡松2
(1.天津大學(xué)管理學(xué)院，天津300072； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090)

　　摘 要： 認(rèn)為傳統(tǒng)SBR法和CAST工藝是小型污水處理廠(規(guī)模為3000～20000m³/d)的首選工藝，依次從各處理單元、總圖布置、環(huán)保措施及變配電等方 面總結(jié)了小型污水廠的設(shè)計(jì)原則和要點(diǎn)，并提供了兩個(gè)典型工程實(shí)例。
　　關(guān)鍵詞： 小型污水廠；設(shè)計(jì)；SBR法；CAST工藝?
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)03-0057-04

1 工藝的確定

1.1 方案比較
　　小型污水處理廠具有如下特點(diǎn)：①承擔(dān)的排水面積小，污水量也較小，但水量、水質(zhì)的日變化較大；②一般在城鎮(zhèn)小區(qū)或廠內(nèi)修建，其占地往往受到限制，故處理單元應(yīng)布置緊湊；③ 一般自動(dòng)化程度要求較高以降低運(yùn)行成本；④可能會(huì)受實(shí)際條件限制(如有時(shí)靠近居民區(qū)或 地面起伏不平等)，故平面布置應(yīng)因地制宜、化弊為利；⑤一般不設(shè)污泥消化，宜采用低負(fù)荷的延時(shí)曝氣工藝，在減少剩余污泥產(chǎn)量的同時(shí)使污泥實(shí)現(xiàn)好氧穩(wěn)定。?
　　鑒于以上特點(diǎn)，SBR法及氧化溝工藝成為首先被考慮的工藝方案，其優(yōu)點(diǎn)：①反應(yīng)屬完全混合型，具有較高的抗沖擊負(fù)荷能力；②一般不設(shè)初沉池，工藝簡(jiǎn)化且節(jié)省占地；③ 多采用低負(fù)荷延時(shí)曝氣方式運(yùn)行且處理效果好，可使污泥實(shí)現(xiàn)好氧穩(wěn)定，同時(shí)減少污泥產(chǎn)量(如果污泥出路可靠，也可適當(dāng)提高負(fù)荷)。
　　而SBR法與氧化溝相比又具有一些獨(dú)到之處：①省去二沉池和回流污泥泵房，使平面布置更加緊湊；②間歇運(yùn)行，具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力而無需調(diào)節(jié)池；③池深不受曝氣方式限制，必要時(shí)可適當(dāng)加深。?
　　綜合考慮上述各種因素，在小型污水處理廠設(shè)計(jì)中SBR法比氧化溝工藝更廣泛地被采用。各種SBR法的特點(diǎn)及適用范圍見表1。?

表1 SBR工藝特點(diǎn)及適用范圍 工藝名稱 反應(yīng)池分格 進(jìn)水方式 是否回流 適用規(guī)模 工程實(shí)例 傳統(tǒng)SBR 單池、不分格 間歇交替進(jìn)水 否 小型 沈陽采油廠、蓮花?味精集團(tuán) ICEAS 以隔墻分成預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū) 連續(xù)進(jìn)水 需要回流 大、中型 昆明第三污水廠 DAT—IAT 以隔墻分為DAT及IAT池 連續(xù)進(jìn)水 回流比為200%～400% 大、中型 天津開發(fā)區(qū)污水廠、撫順三寶屯污水廠 CAST 分為選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū) 間歇交替進(jìn)水 回流比為20%～ 35% 中、小型 鎮(zhèn)江新區(qū)污水廠 UNITANK 用隔墻分為3池 否 間歇交替進(jìn)水 中、小型 上海某污水處理廠

　　CAST工藝是SBR法的變種，有一定的生物除磷效果，而且在進(jìn)水污染物濃度較低時(shí)可有效地防止污泥膨脹，與傳統(tǒng)SBR工藝相比則因無需內(nèi)回流而使處理流程更為簡(jiǎn)化。UNITANK及近來興起的MSBR工藝，雖目前應(yīng)用還不多，但不久很可能成為小型污水處理廠的熱門工藝。
1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
　　主要設(shè)計(jì)參數(shù)(如泥齡、污泥負(fù)荷等)在條件允許的情況下應(yīng)通過小試加以確定，否則可按表2取值。

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)取值 設(shè)計(jì)參數(shù) 推薦值 備 注 污泥負(fù)荷［kgBOD/(kgMLSS·d)］ 0.05～0.15 周期數(shù)(個(gè)/d) 3～6 周期工作時(shí)間為4～8h 高水位污泥濃度(g/L) 2～5 排出比 1/3～1/6 每周期排出體積與反應(yīng)池體積之比 泥齡(d) 20～30 池?cái)?shù)(座) 3～4(2座/組) ≥3 注： 表中污泥負(fù)荷和泥齡均為計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算泥齡，實(shí)際應(yīng)根據(jù)每周期的曝氣時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的折減；池?cái)?shù)≥3座是當(dāng)某座出現(xiàn)故障時(shí)，其余兩座仍能交替運(yùn)行。?

2 處理單元

2?1 預(yù)處理
　　一般來講，除進(jìn)水溫度、pH值等過高或過低外均可不設(shè)專門的調(diào)節(jié)池，因?yàn)镾BR池實(shí)際上就相當(dāng)于一個(gè)調(diào)節(jié)池，這也是SBR工藝用在小型污水廠的一個(gè)優(yōu)越之處。?
2.2 格柵
　　由于設(shè)計(jì)流量較小，格柵尺寸也較小。以處理規(guī)模為5000m³/d(總變化系數(shù)為1.7)的污水廠為例，粗、細(xì)格柵各設(shè)2臺(tái)，并聯(lián)設(shè)置，格柵尺寸見表3。

表3 格柵尺寸計(jì)算 設(shè)計(jì)參數(shù) 粗格柵 細(xì)格柵 柵條間隙(mm) 20 5 柵前水深(mm) 300 500 過柵流速(mm) 0.8 0.8 安裝角度(°) 60 60 格柵寬度(mm) 300 350

　　由表3可見，計(jì)算所得粗、細(xì)格柵尺寸都很小。這種情況下若采用機(jī)械格柵，渠道上部的驅(qū)動(dòng)部分及柵渣輸送機(jī)所需的空間一般都在2m以上，將造成很大的空間浪費(fèi)，且格柵間往往有上部建筑而又將增加土建投資，故在柵渣量不是很多、格柵尺寸較小時(shí)，可采用人工格柵代替機(jī)械格柵。?
2.3 沉砂池
　　沉砂池一般選用鐘式沉砂池或類似構(gòu)筑物。如果池徑不大，可采用碳鋼制成的成套設(shè)備，進(jìn)、出水渠也可相應(yīng)采用碳鋼制作，這樣雖造價(jià)比鋼筋混凝土池稍高，但施工安裝方便。?
2.4 曝氣系統(tǒng)
　　小型污水廠一般采用羅茨風(fēng)機(jī)及小型離心風(fēng)機(jī)，擴(kuò)散系統(tǒng)則多采用微孔曝氣器(必須適用于間歇運(yùn)行方式)。鼓風(fēng)機(jī)安裝在SBR池旁邊以降低管路系統(tǒng)的造價(jià)。一般不設(shè)鼓風(fēng)機(jī)房，僅在鼓風(fēng)機(jī)上設(shè)罩棚；如果污水廠毗鄰生活小區(qū)，又采用鼓風(fēng)曝氣則必須建鼓風(fēng)機(jī)房，同時(shí)還要有相應(yīng)的降噪措施。?
　　機(jī)械曝氣噪音低、安裝簡(jiǎn)單，特別適用于小型污水廠，其動(dòng)力效率也比鼓風(fēng)曝氣低。?
2.5 脫水機(jī)
　　可采用帶式脫水機(jī)(國(guó)產(chǎn)設(shè)備)，費(fèi)用低，也不必連續(xù)運(yùn)行，但衛(wèi)生條件較差。在有條件的情況下，可采用離心脫水機(jī)以改善工作環(huán)境和減少加藥量。?

3 　總圖布置

3.1 輸配水
　　小型污水廠各構(gòu)筑物之間一般用渠道相連，既節(jié)省了占地，又減小了水頭損失(比管道輸配水小20～30kPa)。對(duì)于采用SBR法的小型污水廠，一般將沉砂池與SBR池通過渠道相連，污泥濃縮池與脫水機(jī)房和泥餅堆放場(chǎng)合建。這樣在常規(guī)設(shè)計(jì)中，小型污水廠內(nèi)至多 有3個(gè)主要處理單元：輔助生產(chǎn)區(qū)(含辦公、變配電及總控等)、水處理單元、泥處理單元(有時(shí)泥處理和水處理單元也可合建)。?
　　為了方便輸配水，各構(gòu)筑物可采用合建方式，埋深應(yīng)盡量接近，連續(xù)構(gòu)筑物的渠道應(yīng)設(shè)沉降縫。?
　　多座反應(yīng)池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設(shè)備的維護(hù)管理，而且沒有閥門堵塞問題，連接方式如圖1。?

3.2 總平面布置
　　小型污水廠受服務(wù)區(qū)域的現(xiàn)狀及污水收集、輸送系統(tǒng)的限制，其廠址往往選在不規(guī)則、不便利用的地塊(地面起伏較大、存在地面障礙和架空線路、靠近居住區(qū))，對(duì)這些不利因素必須充分考慮。?
　　一般來講，若廠址高差變化太大，廠區(qū)內(nèi)的設(shè)計(jì)地平也應(yīng)隨之調(diào)整，采取不同標(biāo)高，呈臺(tái)階式布置。有條件的盡量放坡處理而不做擋墻以節(jié)省土建投資。在護(hù)坡上做綠化小品，可起到美化全廠、改善環(huán)境的目的。若空中有高壓線，則在地面上可考慮進(jìn)行大量綠化，在滿足電氣相關(guān)規(guī)范的同時(shí)應(yīng)盡可能地增加廠區(qū)的綠化面積。如果廠址靠近居民區(qū)，則在總圖布置上更要加以注意，首先污水及污泥處理構(gòu)筑物應(yīng)盡量布置在遠(yuǎn)離居民區(qū)的地方，可采取增設(shè)上部建筑或加蓋的方式以減小對(duì)周圍環(huán)境的影響。?

4 環(huán)保措施

4.1 降噪
　　應(yīng)盡量采用潛水電機(jī)，水泵應(yīng)優(yōu)先選用潛水泵，這不僅可以降低土建造價(jià)，還可減小污水處理廠的噪音。對(duì)于曝氣系統(tǒng)，應(yīng)選用機(jī)械曝氣而非鼓風(fēng)曝氣方式。?
4.2 處理構(gòu)筑物的處理
　　對(duì)于環(huán)保要求較嚴(yán)格的污水處理廠，可采用在處理構(gòu)筑物上部增設(shè)建筑或加蓋的方式以隔絕臭氣。如果增設(shè)上部建筑，可采用陽光板或彩色壓型鋼板的罩棚將其外形做成圓拱形，美觀且視覺效果好，而設(shè)備設(shè)在室內(nèi)便于維護(hù)管理。將高出地面的池子部分做成天藍(lán)色或湖綠色彩帶，既與罩棚相呼應(yīng)，又減弱了純構(gòu)筑物的僵硬、呆板。陽光板的造價(jià)大約為300元/m²左右，而壓型板僅為100元/m²左右。在構(gòu)筑物上部加蓋的方式是在其上設(shè)混凝土蓋板，在蓋板上可填充300～500mm厚的土并進(jìn)行綠化以增加全廠的綠化面積，這種處理辦法特別適用于需采用自重抗浮的情況。?
　　上述兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用陽光板或壓型鋼板拱形罩棚的辦法，雖外形美觀且管理方便，但為了日常的檢修往往需要增加吊車，另外采用這種圓拱頂應(yīng)注意在嚴(yán)寒地區(qū)冬季結(jié)露的問題。加蓋的方案造價(jià)較省，但需在混凝土蓋板上開孔以便池內(nèi)設(shè)備的安裝及維護(hù)管理。另外，由于池上部加了混凝土蓋，不適合采用表曝機(jī)。?
4.3 　除臭
　　在處理污水的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生具有異味的副產(chǎn)品。臭氣的主要成分為硫化氫(H₂S)、氨、四硫醇類等，主要來自腐化污水和污泥。為了減少臭氣對(duì)周圍環(huán)境的不利影響，常采用生物除臭措施，主要有化學(xué)吸收法、生物法、土壤法3大類。?
　?、?化學(xué)吸收法是通過化學(xué)藥劑(主要是堿液)吸收空氣中的H₂S等污染物。脫臭裝置由脫臭罐及再生塔組成。罐體直徑與高度之比一般為1∶5，臭氣由通風(fēng)設(shè)備收集后經(jīng)風(fēng)道從罐體下部進(jìn)入脫臭罐。采用質(zhì)量濃度為2%～3%的碳酸鈉溶液作為臭氣吸收劑。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是處理效果好、運(yùn)行穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是藥劑需定期更換，運(yùn)行費(fèi)用較高。?
　?、?生物除臭是通過附著在填料上的生物膜來完成的。生物膜中微生物需要的養(yǎng)料來自于污水中的有機(jī)物(一般采用原污水對(duì)填料進(jìn)行噴淋)。除臭罐空池停留時(shí)間為1～3min(可視臭氣濃度變化)，進(jìn)氣流速為2～3m/s。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在加強(qiáng)管理的情況下處理效果良好、運(yùn)行費(fèi)用很低(相對(duì)于其他兩種方法)，缺點(diǎn)是處理效果受進(jìn)氣濃度影響而不太穩(wěn)定，且對(duì)噴淋污水中有機(jī)物濃度也有一定要求。?
　　③ 土壤脫臭法是將氣體收集后通過管道輸入脫臭池底部并使其擴(kuò)散于土壤內(nèi)(以天然土、腐殖土為宜)，臭氣受土壤顆粒表面吸附作用，多種致臭物質(zhì)被截留。經(jīng)過一段時(shí)間在土壤顆粒表面可逐漸培養(yǎng)出針對(duì)致臭物質(zhì)的微生物，并可不斷將致臭物質(zhì)分解，完成脫臭。同時(shí)，土壤脫臭池表面可天然生長(zhǎng)或人工栽植花草，形成良好的環(huán)境效果。土壤脫臭的優(yōu)點(diǎn)是投資少、運(yùn)行費(fèi)用低且可與廠區(qū)綠化結(jié)合，無任何副產(chǎn)品產(chǎn)生；缺點(diǎn)是易受地下水及冬天低溫的影響，除臭效果一般。?
　　在工程設(shè)計(jì)中往往需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的除臭方案。?

5 電氣自控設(shè)計(jì)?

　　在廠區(qū)電氣自控的總體設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量提高污水處理廠的自動(dòng)化程度，這對(duì)減少小型污水處理廠的運(yùn)營(yíng)成本具有重要意義。因?yàn)槿绻麤]有自動(dòng)化程度較高的控制系統(tǒng)，往往需要按崗定員(一般需要10～30人)，導(dǎo)致人力成本很高。建議有條件時(shí)可在反應(yīng)池等重要地方安裝攝 像頭以監(jiān)視污水廠的運(yùn)行狀況。?
　　在電纜布置上也有與大型污水處理廠不同的特點(diǎn)。各處理構(gòu)筑物的電氣與信號(hào)電纜的敷設(shè)應(yīng)盡量結(jié)合構(gòu)筑物上的管溝和渠道。從整體來看，整個(gè)處理構(gòu)筑物表面應(yīng)看不到任何電纜 和管線的敷設(shè)，只有走道板及蓋鍍鋅鋼格板的管溝，這樣既美觀又便于維護(hù)管理。在某些情況下，全廠的電纜溝可以借助某個(gè)構(gòu)筑物實(shí)現(xiàn)。一般來講，配電與信號(hào)電纜要從輔助處理單元(包括辦公及變配電)敷設(shè)到水處理和泥處理單元，無論是先經(jīng)過哪個(gè)處理單元，都可以在 處理構(gòu)筑物的側(cè)壁上向池內(nèi)挑出管溝做為管道與電纜的通道，在服務(wù)于本處理單元的同時(shí)又可使電力和信號(hào)到達(dá)另一個(gè)處理單元，這樣既方便了總圖的布置，又節(jié)省了工程造價(jià)。?

6 　工程實(shí)例

6.1 沈陽采油廠污水處理廠

　　位于沈陽新民，處理規(guī)模為6000m₃/d，于1999年底建成通水并通過有關(guān)部門的驗(yàn)收。?
　　該處理廠具有以下特點(diǎn)：?
　?、?位于居民區(qū)內(nèi)，離最近的居民樓僅10m左右；?
　?、?占地僅為0.34hm₂。?
　　該廠原水以采油廠基地的生活污水為主，含有少量生產(chǎn)廢水。進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)及去除率見表4。

表4 進(jìn)、出水水質(zhì)及去除率 項(xiàng) 目 進(jìn)水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) COD 300 120 60 BOD₅ 150 30 80 SS 250 30 88

　　針對(duì)該處理廠的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)采取了以下措施：?
　?、?采用傳統(tǒng)SBR處理工藝；
　?、?將旋流沉砂池與3座SBR池合建，由SBR池中間的渠道配水，污泥濃縮池與脫水機(jī)房合建；?
　　③ 采用潛水射流曝氣機(jī)代替常用的鼓風(fēng)曝氣方式，最大限度地降低噪聲；全部處理構(gòu)筑物加混凝土蓋板或設(shè)上部建筑，將構(gòu)筑物內(nèi)的臭氣進(jìn)行統(tǒng)一收集(不同構(gòu)筑物采用不同換氣次數(shù))，采用土壤除臭。?
6.2 鎮(zhèn)江新區(qū)污水處理廠?
　　位于鎮(zhèn)江市鎮(zhèn)江新區(qū)內(nèi)，處理量為2×10₄m₄/d(近期為1×10₄m₃/d)。該工程目前 正在進(jìn)行施工。?
　　該處理廠的特點(diǎn)是：?
　　① 地形較復(fù)雜，廠址內(nèi)由南到北高低不一，最高與最低處相差達(dá)5m；?
　　② 高空有兩道110kV的高壓線影響總平面布置；?
　?、?位于較繁華地段且正對(duì)規(guī)劃的住宅區(qū)，有較嚴(yán)格的環(huán)保要求；
　?、?污水廠接納化工企業(yè)廢水及生活污水需除磷脫氮。?
　　進(jìn)、出水質(zhì)及去除率見表5。?

表5 進(jìn)、出水水質(zhì)及去除率 項(xiàng) 目 進(jìn)水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) COD 350 60 83 BOD₅ 185 20 89 SS 230 20 91 磷酸鹽 3 0.5 83 氮 40 15 63

　　根據(jù)上述特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中采取了如下措施：
　　① 采用CAST工藝，其選擇器為厭氧運(yùn)行以利用生物除磷，同時(shí)采用化學(xué)除磷以強(qiáng)化處理效果；
　　② 將污水處理廠布置成臺(tái)階狀，低處為辦公區(qū)，高處為生產(chǎn)區(qū)。生產(chǎn)區(qū)分設(shè)水處理單元( 由沉砂池與SBR池合建)、泥處理單元(由濃縮池、脫水機(jī)房及泥餅堆放場(chǎng)合建組成)及變配電室；
　?、?考慮離規(guī)劃的居民區(qū)較近，宜采用立軸式推流曝氣機(jī)以減少噪音。設(shè)計(jì)時(shí)已考慮了在SBR池上采用陽光板以封閉臭氣，但因近期對(duì)面居民區(qū)尚未實(shí)施，為減少初期投資僅做相應(yīng)的預(yù)埋；?
　?、?將廠內(nèi)水區(qū)及泥區(qū)的臭氣統(tǒng)一收集進(jìn)行生物除臭，目前也僅考慮預(yù)留，將來與SBR池拱形罩棚一并實(shí)施。?

7 結(jié)語

　　對(duì)于處理規(guī)模為3000～20000m3/d的小型污水處理廠，首選SBR法(傳統(tǒng)SBR法和CAST工藝)，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)在設(shè)備選擇、總圖布置、環(huán)保措施等方面根據(jù)實(shí)際工程的具體特點(diǎn)選 擇合適的方案以達(dá)到節(jié)省工程投資、降低運(yùn)營(yíng)成本的目的。

參考文獻(xiàn)：

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　　收稿日期：2001-09-08